Черчение является уникальным графическим языком человеческой культуры. Будучи одним из древнейших языков мира, он отличается своей лаконичностью, точностью и наглядностью. В алфавите этого языка существуют лишь два знака – точка и линия.
Результат воспроизведения пространственного объекта с помощью линий на плоскости называется чертежом. Черчение является уникальным графическим языком человеческой культуры. Будучи одним из древнейших языков мира, он отличается своей лаконичностью, точностью и наглядностью. В алфавите этого языка существуют лишь два знака – точка и линия. Если проследить путь развития чертежа от древних времен до наших дней, можно выделить два основных направления: первое - строительные чертежи, предназначенные для строительства жилища, промышленные здания, мосты и другие сооружения; второе - промышленные чертежи, по которым создавали различные инструменты, приспособления, машины. Задолго до того, как люди создали письменность, они научились рисовать окружающие их предметы. Сначала материалом служила земля, стены пещер, камни, на которых выцарапывались рисунки. Затем использовали бересту, кожу, папирус, пергамент, бумагу и другие материалы, на которые изображения наносились чернилами или тушью с помощью гусиного пера [1].
Цифровая трансформация в сфере проектирования и конструирования началась достаточно давно, в 70-е годы прошлого века, активно развивалась и прошла несколько стадий.
В настоящее время проектирование и конструирование по большей части перешло в цифровую сферу. Цифровое проектирование и конструирование оказалось гораздо продуктивнее, эффективнее, быстрее, обеспечивает меньшие издержки и повышение качества. Многократно упоминался выигрыш от цифровой трансформации экономики.
Но так было не всегда.
Первые чертежи инженерных объектов – ирригационных систем – найдены в Египте (не считая рисунков в пещерах). Сохранились чертежи сооружений в античном греческом мире и в Риме. Осознанное проектирование известно в арабской цивилизации. Как только возникла бумага (сначала в формате папируса) – возникли чертежи, отображающие нашу реальность.
С течением времени количество описываемых объектов увеличивалось, соответственно возрастал и объем используемой информации. Появилась необходимость передавать и воспринимать достаточно подробные сведения о природных особенностях местности, возводимых строительных сооружениях, предметах труда и др. По мере усложнения создаваемых инженерных сооружений, механизмов и машин возникла необходимость разработки таких правил их изображения, которые позволили бы с использованием ограниченного числа средств (точек, линий, цифр, знаков и надписей) передавать достаточно полную информацию в виде, доступном любому специалисту.
Чертежи развивались и в средние века. Например, известны эскизы фортификационных сооружений.
Следующее революционное событие произошло по окончании эпохи Возрождения – появление аналитической геометрии, в которой геометрические фигуры и их свойства исследуются средствами алгебры и каждому геометрическому соотношению ставится в соответствие уравнение , связывающее координаты фигуры или тела.
Рене Декарт в первой половине 17 века сформулировал координатный подход к геометрии. В употребление вошли слова «декартовы координаты», которыми мы пользуемся. Когда точка становится не только геометрическим объектом, ей сопоставляются наборы чисел-координат.
Возникло понятие декартовых ортонормированных осей. Позже были осознаны и другие виды координат – сферические, цилиндрические, криволинейные. Они удобны для ряда специфических задач. Но наиболее часто мы работаем в декартовых координатах. Для нас важно то, что это технология позволила в принципе оцифровать геометрические понятия.
Точки, линии, поверхности и объемные фигуры приобрели формат наборов чисел. Связи стали описываться уравнениями. Именно этот прорыв четырехсотлетней давности дает нам сегодня возможность оцифровывать изображения. Положение каждой конкретной точки – ее координаты. Эти цифровые атрибуты дополняются цифровой кодировкой цвета, прозрачности, а для отдельных случаев – и другими характеристиками изображения. На уровне уравнений и систем уравнений мы работаем с линиями и поверхностями. В цифровой форме мы определяем пересечение кривых и поверхностей, вычисляем координаты необходимых точек, как решения уравнений.
Параллельно с этим развивался аппарат начертательной геометрии, где то же самое описывается закономерностями преобразования геометрических объектов при их вращении, приближении / удалении, изменении точек зрения, проецировании параллельными потоками лучей или точечными источниками на определенные плоскости или иные поверхности.
Эти две технологии объединены в цифровом проектировании. Математические преобразования визуального восприятия геометрических объектов описывается алгеброй матриц и векторов. Для эффективного выполнения этих операций в цифровой среде были созданы специальные устройства – графические процессоры.
Визуализация сложных поверхностей объемных или плоских объектов отображается по законам человеческого зрения, а цифровое описание реализуется в цифровом виде, в координатах. Интеграция этих двух подходов осуществляется в цифровых инструментах проектирования и конструирования.
Но об этом - в следующий раз.
Список источников:
1. Цитата отсюда: "Краткий курс истории черчения"
2. Введение в цифровой инжиниринг. Онлайн-курс ВИШ МИФИ.
